20)Сжатый воздух:

На одном из промышленных предприятий машиностроительной отрасли существуют са­мые различные технологические процессы, использующие сжатый воздух. На этом пред­приятии есть несколько основных цехов или участков-потребителей сжатого воздуха:

-Литейный- пневмопереключатели самих печей, различного рода пневмоинструмент (на­пример, пневмотрамбовки), пневмозажимы, пескоструйные камеры.

-Кузнечный- цилиндры молотов, различного рода пневмозажимы, пневмоинструмент.

-Штамповочный- цилиндры штампов, различного рода пневмозажимы, пневмоинструмент.

-Механической обработки,различного рода пневмозажимы, пневмоинструмент.

-Гальванический- барбатаж жидкостей,различного рода пневмозажимы, пневмоинстру­мент.

-Окрасочный- пескоструйные,окрасочные и сушильные камеры,различного рода пневмозажимы, пневмоинструмент.

Подготовка сжатого воздуха является необходимым этапом. Процесс подготовки состоит в удалении из воздуха разного рода примесей в виде твердых, жидких и газообразных включений, таких как пыль, конденсат, окалина, компрессорное масло, продукты износа пневмооборудования и другие загрязнители. Кроме этого, подготовка включает в себя регулирование давления и сглаживание его колебаний, а при необходимости – подачу смазки для пневматических устройств.

Использование неочищенного сжатого воздуха может привести к губительным последствиям для оборудования, простоям и поломкам, сбоям в технологическом процессе.

Качество подготовки сжатого воздуха определяется областью его применения, требованиями потребителя и выбором соответствующего оборудования. Наиболее хорошо зарекомендовали себя в российских условиях надежные и недорогие устройства магистральной подготовки сжатого воздуха, которые обладают фильтрующими элементами с большой площадью фильтрации, минимальными потерями давления, а также долгим сроком службы.

Подготовка воздуха в пневмосетях. При комплексном подходе к оснащению производства особое внимание уделяется центральной подготовке воздуха, подаваемого в пневмосети.

Магистральный фильтр устанавливается на входе в пневмосистему цеха и отделяет твердые частицы, конденсат и масло из сжатого воздуха. Это предотвращает образование в пневмосети эмульсии из смеси воды и масла, улучшает условия работы расположенных за ним пневматических устройств и увеличивает срок их службы.

Отделение влаги.Одним из важных параметров качества подготовки сжатого воздуха является количество содержащейся в нем влаги. Современное пневмооборудование требует удаления не менее 95% капельной влаги. Водоотделитель устанавливается в пневматическую линию для удаления из сжатого воздуха капельной влаги. В фильтрующем материале патрона происходит слияние мелких капель в более крупные, которые собираются на дне стакана. Водоотделитель имеет наибольшую эффективность, если он установлен на максимально возможном удалении от компрессора.

Смазка. системы для смазки сжатого воздуха масляным туманом. Это позволяет значительно сократить потребление масла при улучшенном качестве смазки, и снабжать смазанным воздухом устройства, удаленные на расстояния до 500 м.

21)Первый закон термодинамики является основой термодинамической теории и имеет огромное прикладное значение при исследовании термодинамических процессов.

Этот закон является законом сохранения и превращения энергии:

"Энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит  из одного вида в другой в различных физических процессах".

Для термодинамических процессов закон устанавливает взаимосвязь между теплотой, работой и изменением внутренней энергии ТД системы:

"Теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и совершение работы".

Уравнение первого закона термодинамики имеет следующий вид:

Q = (U₂ – U₁) + L ,       (2.1) где Q - количества теплоты подведенная (отведенная) к системе;

L - работа, совершенная системой (над системой);

(U₂ – U₁) - изменение внутренней энергии в данном процессе.

Если:

Q > 0 – теплота подводится к системе;

Q < 0 – теплота отводится от системы;

L > 0 –работа совершается системой;

L < 0 – работа совершается над системой.

Для единицы массы вещества уравнение первого закона термодинамики имеет вид:

q = Q /m = (u₂ – u₁) + l .        (2.2)

В дальнейшем все формулы и уравнения будут даны в основном для единицы массы вещества.

1-й закон ТД указывает, что для получения полезной работы (L) в непрерывно действующем тепловом двигателе надо подводить (затрачивать) теплоту (Q).

"Двигатель, постоянно производящий работу и не потребляющий никакой энергии называется вечным двигателем I рода".

Из этого можно высказать следующее определение 1-го закона термодинамики:

"Вечный двигатель первого рода невозможен".

23) Истинная теплоемкость рабочего тела определяется отношением количества подведенной (отведенной) к рабочему телу теплоты в данном ТД процессе к вызванному этим изменению температуры тела.

С = dQ / dT , [Дж /К] ;       (2.3)

Теплоемкость зависит от внешних условий или характера процесса, при котором происходит подвод или отвод теплоты.

Различают следующие удельные теплоемкости:

массовую – с = С / m , [Дж/кг] ;          (2.4)

молярную - с_μ = С / μ , [Дж/моль] где μ - количество вещества [моль] ;

объемную - с^/ = С / V = с·ρ , [Дж/м³]где - ρ = m / V -плотность вещества.

Связь между этими теплоемкостями:

с = с^/ · υ = с_μ / μ ,

где - υ = V/m - удельный объем вещества, [м³/кг];

μ – молярная (молекулярная) масса, [кг/моль].

Теплоемкость газов в большой степени зависит от тех условий, при которых происходит процесс их нагревания или охлаждения. Различают теплоемкости при постоянном давлении (изобарная) и при постоянном объеме (изохорная).

Таким образом различают следующие удельные теплоемкости:

с_р , с_v – массовые изобарные и изохорные;

с_pμ , с_vμ – молярные изобарные и изохорные;

с^/_p , с^/_v – объемные изобарные и изохорные.

Между изобарными и изохорными теплоемкостями существует следующая зависимость:

с_р - с_v = R - уравнение Майера;        (2.7)

с_pμ - с_vμ = R_μ .      (2.8)

Теплоемкость зависит от температуры, которые даются в справочных литературах в виде таблицы как средние теплоемкости в интервале температур от 0 до t_х. Для определения средней теплоемкости в интервале температур от t₁ до t₂ можно использовать следующую формулу:

с|^t2_t1 = (с|^t2₀ t₂ - с|^t1₀ t₁) / (t₂ - t₁) .         (2.9)

24) Идеальным газом называется такой газ, у которого отсутствуют силы взаимного притяжения и отталкивания между молекулами и пренебрегают размерами молекул. Все реальные газы при высоких температурах и малых давлениях можно практически рассматривать как идеальные газы.

Уравнение состояния как для идеальных, как и для реальных газов описываются тремя параметрами по уравнению (1.7).

Уравнение состояния идеального газа можно вывести из молекулярно-кинетической теории или из совместного рассмотрения законов Бойля-Мариотта и Гей-Люссака.

Это уравнение было выведено в 1834 г. французским физиком Клапейроном и для 1 кг массы газа имеет вид:

Р·υ = R·Т ,            (2.10)

где: R – индивидуальная газовая постоянная и представляет работу 1 кг газа в процессе при постоянном давлении и при изменении температуры на 1 градус, Дж/(кг · К)

Уравнение (2.10) называют термическим уравнением состояния или характеристическим уравнением.

Для произвольного количества газа массой m уравнение состояния будет:

Р·V = m·R·Т .                                                                                    (2.11)

В 1874 г. Д.И. Менделеев основываясь на законе Дальтона ("В равных объемах разных идеальных газов, находящихся при одинаковых температурах и давлениях, содержится одинаковое количество молекул") предложил универсальное уравнение состояния для 1 кг газа, которую называют уравнением Клапейрона-Менделеева:

Р·υ = R_μ·Т/μ ,где: μ - молярная (молекулярная) масса газа, (кг/кмоль);

R_μ = 8314,20 Дж/кмоль (8,3142 кДж/кмоль) - универсальная газовая постоянная и представляет работу 1 кмоль идеального газа в процессе при постоянном давлении и при изменении температуры на 1 градус.

Зная R_μ можно найти газовую постоянную R = R_μ/μ.

Для произвольной массы газа уравнение Клапейрона-Менделеева будет иметь вид:

Р·V = m·R_μ·Т/μ .       (2.13)

25) Основными недостатками поршневых двигателей внутреннего сгорания являются ограниченность их мощности и невозможность адиабатного расширения рабочего тела до атмосферного давления, которые отсутствуют в газотурбинных установках. ГТУ рабочим телом являются продукты сгорания жидкого или газообразного топлива.

На рис.7.6 дана схема простейшей газотурбинной установки со сгоранием топлива при постоянном давлении. Топливным насосом 5 и компрессором 4 топливо и воздух через форсунки 6 и 7 поступают в камеру сгорания 1. Из камеры продукты сгорания направляются в комбинированные сопла 2, где они расширяются, и поступают на лопатки газовой турбины 3.

 

На рис.7.7 и рис7.8 представлены идеальный цикл ГТУ на PV и TS диаграммах.

1-2 - адиабатное сжатие до давления Р₂;

2-3 – подвод теплоты q₁ при постоянном давлении Р₂ (сгорание топлива);

3-4 – адиабатное расширение до первоначального давления Р₁;

4-1 – охлаждение рабочего тела при постоянном давлении Р₁ (отвод теплоты q₂);

 Характеристиками цикла являются:

степень повышения давления - l = Р₂/ Р₁ ;

степень изобарного расширения - r = n₃ /n₂ .

Работа турбины:

l_т = h₃ – h₄ .        (7.10)

Работа компрессора:

l_н = h₂ – h₁ .        (7.11)

Полезная работа ГТУ равна разности работ турбины и компрессора:

l_ГТУ = l_т – l_к .       (7.12)

Термический к.п.д. цикла ГТУ имеет вид:

h_t = 1 – 1/ l ^(k-1)/k .         (7.13)

Теоретическая мощность газовой турбины, компрессора и установки (ГТУ):

N_т = l_т·D/3600 = (h₃ – h₄)·D/3600 , (7.14)

N_к = l_к·D/3600 = (h₂ – h₁)·D/3600 , (7.15)

N_ГТУ = l_ГТУ·D/3600 = [(h₃ – h₄) (h₂ – h₁) ]·D/3600 . (7.16)

Действительный цикл ГТУ отличается от теоретического наличием потерь на трение и вихреобразование в турбине и компрессоре. Эффективными методами повышения экономичности газотурбинных установок являются: регенерация теплоты, ступенчатое сжатие и расширение рабочего тела и пр.

26) Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания подразделяют на три группы:

с подводом теплоты при постоянном объеме (карбюраторные ДВС);

с подводом теплоты при постоянном давлении (компрессорные дизели);

со смешанным подводом теплоты при постоянном объеме и постоянном давлении (безкомпрессорные дизели);

Основными характеристиками или параметрами любого цикла теплового двигателя являются следующие безразмерные величины:

степень сжатия (отношение удельных объемов рабочего тела в начале и конце сжатия)

e = n₁ / n₂ ,          (7.5)

степень повышения давления (отношение давлений в конце и в начале изохорного процесса подвода теплоты)

l = Р₃ / Р₂ ,             (7.6)

степень предварительного расширения (отношение удельных объемов в конце и в начале изохорного процесса подвода теплоты)

r = n₃ / n₂ .                       (7.7)

1).Рассмотрим цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме на примере четырехтактного двигателя.

Диаграмма реального двигателя представлена на рис.7.3.

а-1 (1 такт) – в цилиндр через всасывающий клапан поступает смесь воздуха и паров горючего (не термодинамический процесс);

1-2 (2 такт) – адиабатное сжатие (повышается температура);

2-3 – сгорание горючей смеси, давление быстро возрастает при постоянном объеме (подвод теплоты q₁);

3-4 (3 такт) – адиабатное расширение (рабочий процесс, совершается полезная работа);

4-а – открывается выхлопной клапан и отработанные газы покидают цилиндр давление цилиндра падает (отводится тепло q₂);

1-а (4 такт) – выталкивание оставшихся в цилиндре газов.

Затем процесс повторяется.

Описанный процесс является необратимым (наличие трения, химической реакции в рабочем теле, конечные скорости поршня, теплообмен при конечной разности температур и т.п.).

Для анализа теории тепловых машин термодинамика рассматривает идеальные обратимые циклы. Диаграмма идеального процесса двигателя внутреннего сгорания показана на рис.7.4.

Из этой диаграммы выводится формула для термического к.п.д. цикла с подводом теплоты при постоянном объеме, который имеет следующий вид:

h_t = 1 – 1/e^k ,         (7.8)

где: e – степень сжатия (основной показатель работы двигателя, чем выше e, тем выше экономичность ДВС);

k – показатель адиабаты.

2). Идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты (безкомпрессорные дизели). Диаграмма цикла показана на рис.7.5.

1-2 - чистый воздух с температурой Т₁ сжимается до температуры Т₂, которая больше температуры воспламенения топлива. В этот момент в цилиндр через форсунки под давлением впрыскивается топливо.

2-3 – горючая смесь самовоспламеняется и к рабочему телу подводится тепло q₁^/, давление повышается до Р₃.

3-4 – поршень перемешается обратно, поступление и сгорание топлива продолжается при постоянном давлении и подводится тепло q₁^//.

4-5 – поршень продолжает перемещаться в нижнюю мертвую точку, давление падает (адиабатное расширение);

5-1 – процесс отвода теплоты q₂ при постоянном объеме (через выпускной клапан покидают отработанные газы).

Термический к.п.д. цикла определяется по формуле:

h_t = l – (l·r^k – 1) / e^k-1·[(l - 1) + k·l·(r – 1)] .     (7.9)

Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении широкое применение не нашли, так как у этих циклов очень большой коэффициент сжатия.

22) Кондиционирование воздуха - автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения) с целью обеспечения главным образом оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности ценностей.

Цели. Кондиционирование воздуха в помещениях предусматривается для создания и поддержания в них:

установленных нормами допускаемых условий воздушной среды, если они не могут быть обеспечены более простыми средствами;

искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями внутри помещения или части их круглогодично или в течение теплого либо холодного периода года;

оптимальных (или близких к ним) гигиенических условий воздушной среды в производственных помещениях, если это экономически оправдано увеличением производительности труда;

оптимальных условий воздушной среды в помещениях общественных и жилых зданий, административных и многофункциональных, а также вспомогательных зданий промышленных предприятий.

Кондиционирование воздуха, осуществляемое для создания и поддержания допускаемых или оптимальных условий воздушной среды, носит название комфортного, а искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями — технологического. Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических решений, именуемых системой кондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средства приготовления, перемешивания и распределения воздуха, приготовления холода, а также технические средства хладо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля.

Приточная Производится посредством приточных установок. Вентиляционная приточная установка служит для подачи свежего воздуха в помещение взамен удаляемого.

Приточная установка в качестве основных узлов имеет калорифер, вентиляторы, систему фильтрации и электроавтоматику для управления и контроля. Если к качеству воздуха предъявляются особые требования, то приточный воздух может подвергаться дополнительной обработке, такой как нагрев, охлаждение, осушение воздуха, увлажнение воздуха, очистка с помощью фильтров и т.д. Приточные установки бывают как промышленного назначения (используются на промышленных объектах), так и бытового.

Вытяжная Является прямо противоположным явлением приточной и предназначена для удаления отработанного воздуха из жилых, производственных и других помещений. Различают общеобменную (осуществляющую воздухообмен для всего помещения) и местную (устанавливаемую непосредственно на рабочем месте).

Как правило, вытяжная вентиляция оправдывает себя на промышленных объектах, когда необходимо удалять избыточное тепло и вредные примеси либо из всего объема воздуха помещения, либо только из определенных мест. Работа вытяжной установки может быть основана как на принципе естественного воздухообмена, так и иметь механическое побуждение движения воздуха, например, используя вентиляторы.